KR20110012526A - 편광판, 편광판의 제조방법 및 그 편광판을 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

편광판, 편광판의 제조방법 및 그 편광판을 포함하는 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 편광층을 제조하는 과정에서 폴리비닐알콜에 요오드가 염착될 때 요오드화 칼륨(KI)을 첨가하여, 상기 편광층에서 상기 요오드화 칼륨의 함량을 증가시키고, 이로 인해, 편광층에서 I-3 이온의 함량을 증가시킴으로써 단파장대 광의 직교투과율을 감소시킨 액정표시장치를 제공한다. 따라서, 본 발명은 블랙(black) 휘도를 저하시키고, 콘스라스트비(CR)를 향상시키는 편광층을 갖는 액정표시장치를 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 액정표시장치는 단파장대에서 우수한 편광성능을 나타내는 편광층을 이용하여 콘스라스트비를 향상시킨 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 편광판을 사용한 액정표시장치는 블랙 휘도의 10% 저하로 인해 콘트라스트비가 10% 상승된 효과를 나타낸다.
편광판, 요오드화 칼륨, 단파장, 빛샘제어, CR.

Description

편광판, 편광판의 제조방법 및 그 편광판을 포함하는 액정표시장치{POLARIZER, METHOD OF FABRICATING THE POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE POLARIZER}
본 발명은 CR이 향상된 편광판, 이의 제조방법, 그 편광판을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회의 발달로 인해, 정보를 표시할 수 있는 표시 장치가 활발히 개발되고 있다. 표시 장치는 액정표시장치(liquid crystal display device), 유기전계발광 표시장치(organic electro-luminescence display device), 플라즈마 표시장치(plasma display panel) 및 전계 방출 표시장치(field emission display device)를 포함한다.
이 중에서, 액정표시장치는 경박 단소, 저 소비 전력 및 풀 컬러 동영상 구현과 같은 장점이 있어, 모바일 폰, 네비게이션, 모니터, 텔레비전에 널리 적용된다.
액정표시장치는 액정 패널 상의 액정셀들의 광 투과율을 제어함으로써 비디오신호에 해당하는 영상을 표시한다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표시하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 광이 투과되는 특성 또한 달라진다. 일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 광의 투과율에 의해 화상을 표시하는 장치이다.
액정표시장치에서 편광판은 액정을 투과한 광 중 특정 방향으로 강하게 진동하는 광만을 선택적으로 외부로 투과시키는 역할을 수행함으로써, 액정표시장치가 자신에게 부여된 정보표시기능을 양호하게 수행할 수 있도록 보조한다.
최근 콘트라스트비CR(contrast ratio : CR)이 높은 모델 개발로 인하여 기존 편광판의 적용은 한계가 있음 따라서 NMT Model의 품질 향상을 위해 CR을 향상시키기 위한 지속적인 노력이 필요하다.
최근에, 액정표시장치는 모바일 폰, 네비게이션, 모니터, 텔레비전 등의 고성능 기기에 이용되는데 따라, 편광판의 색상이 액정표시장치의 색상에 크게 영향을 준다.
일반적으로, 단파장 영역에서의 편광성능을 높이면 장파장 영역에서의 편광성능이 낮아지고, 반대로, 장파장 영역에서의 편광성능을 높이면 단파장 영역에서의 편광성능이 낮아진다. 즉, 서로 상충되는 관계이다. 따라서 단파장으로부터 장파장까지의 모든 파장 대역에서 우수한 편광성능을 얻는 데에 어려움이 있다. 따라서, 액정표시장치의 색상이 나빠지는 문제점이 있다.
액정표시장치에서 편광판은 Pol 스펙트럼상 장파장대의 빛샘으로 인한 적변방지를 위하여 I-3 비중보다 I-5 비중을 높인다. 그러나, 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해, 단파장의 파장 대역에서 우수한 편광성능을 얻을 수 있는 편광판, 상기 편광판의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
일 실시예는 400 nm 내지 530 nm 파장인 광의 직교투과율은 0.01 % 내지 0.1 %인 편광층; 및 상기 편광층 상부 및 하부에 배치되는 TAC층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판을 제공한다.
일 실시예는 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 7 중량% 범위로 함유하는 편광층 그리고 상기 편광층 상부 및 하부에 배치되는 TAC층을 포함하는 서로 마주보는 제 1 및 제 2 편광판; 및 상기 제 1 및 제 2 편광판 사이에 배치되는 액정표시패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
일 실시예는 폴리비닐알콜에 요오드를 염착하는 단계; 상기 폴리비닐알콜에 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 7 중량% 범위로 첨가하는 단계; 상기 요오드가 염착되고, 상기 요오드화 칼륨이 첨가된 상기 폴리비닐알콜을 열처리하여 편광층을 형성하는 단계; 및 상기 편광층 상부 및 하부에 TAC층을 배치하는 단계를 포함하는 편광판 제조방법을 제공한다.
본 발명은 폴리비닐알콜에 요오드가 염착될 때 요오드화 칼륨(KI)을 첨가하여, 편광층에서 상기 요오드화 칼륨의 함량을 증가시킨다. 이로 인해, 편광층에서 I-3 이온함량을 증가시킴으로써 단파장대 광의 직교투과율을 감소시킨다. 따라서, 블랙(black) 휘도를 저하시키고, 콘스라스트비(CR)를 향상시킨다. 즉, 단파장대에서 우수한 편광성능을 나타내는 편광층을 이용하여 콘스라스트비를 향상시키는 효과를 나타낸다. 일 실시예에 따른 편광판을 사용한 액정표시장치는 블랙 휘도의 10% 저하로 인해 콘트라스트비가 10% 상승된 효과를 나타낸다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층, 필름 또는 막 등이 각 층, 필름 또는 막 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 직접(directly)" 또는 "(다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래 에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명된다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 일시예에 따른 액정표시장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 액정표시장치는 백라이트(back light)(100), 액정표시패널(200), 상부 편광판(300) 및 하부 편광판(400)을 포함한다.
또한, 상기 액정표시패널(200)의 상부에 부착되는 상부 편광판(300)의 상부 면에는 번쩍임을 방지하기 위한 AG(Anti Glare)층(미도시)이 추가로 배치될 수 있으며, 상기 AG층(미도시)은 코팅 처리를 통하여 형성될 수 있다.
상기 백라이트(100)는 상기 액정표시패널(200)에서의 영상 표시를 위하여 광을 공급한다.
또한, 상기 액정표시패널은 TFT(Thin Film Transistor) 어레이(array)가 형성되어 있는 하부 기판(미도시)과, 칼라 필터(Color Filter)가 배열되어 있는 상부 기판(미도시)과, 상기 상부 기판(미도시)과 하부 기판(미도시) 사이에 주입된 액정(Liquid Crystal)(미도시)을 포함한다.
상기 액정표시패널에서, 상기 하부 기판(미도시)에 형성된 TFT 어레이는 전기적 신호를 전달, 제어하는 역할을 하며, 상기 액정(미도시)은 인가된 전압에 따라 분자구조를 달리하여 광의 투과 정도를 제어한다. 이와 같은 과정을 통하여 제어된 광은 칼라 필터가 배열된 상기 상부 기판(미도시)을 통과하면서 원하는 색과 영상으로 나타나게 된다.
또한, 상기 액정표시패널(200)의 양면에는 제 1 편광판(300) 및 제 2 편광 판(400)이 각각 더 배치된다. 제 2 편광판(400)은 제 1 편광판(300)과 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 2는 이와 같은 편광판의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 편광판(300)은 입사되는 광의 편광정도에 따라 투과되는 빔의 광량을 제어하는 편광층인 PVA(Poly Vinyl Alcohol)층(310)과, 상기 PVA층(310)을 보호/지지하는 TAC(Tri-Acetyl Cellulose)층들(320, 330)을 포함한다.
일 실시예에서, 편광판(300)은 400 nm 내지 530 nm 파장(단파장)인 광의 직교투과율을 제어하는 편광층(310); 및 상기 편광층 상부 및 하부에 배치되는 TAC층들(320, 330)을 포함한다.
일 실시예에 따른 편광층(310)은 요오드 이온 중 I-3 및 I-5를 이용하여 빛샘을 제어한다. I-3은 주로 단파장대의 직교투과율을 낮춤으로써 단파장대의 빛샘을 제어하는 역할을 하며, I-5는 주로 장파장대의 직교투과율을 낮춤으로써 장파장대의 빛샘을 제어하는 역할을 한다.
일반적으로, 단파장대의 편광성능을 높이면 장파장대의 편광성능이 낮아지고, 반대로, 장파장대의 편광성능을 높이면 단파장대의 편광성능이 낮아진다. 이는 서로 상충되는 관계이다.
일반적으로, 단파장대의 직교투과율을 낮추는 것은 상당히 어렵다고 알려져 있다. 따라서, 일 실시예에서는 I-3을 많이 생성시켜 단파장대의 직교투과율을 낮추 고자 한다.
일 실시예에 따른 편광층(310)은 높은 함량의 요오드화 칼륨(KI)이 첨가됨으로써 I-3을 많이 함유할 수 있다. 요오드화 칼륨은 I-3 이온의 생성을 촉진하는 촉매역할을 한다. 따라서, 요오드화 칼륨의 함량을 적절하게 높이면 I-3 이온이 많이 생성되어, 상기 편광층(300)은 단파장의 빛샘을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 통상적인 편광판과 비교해 볼때, 통상적인 편광판은 Pol 스펙트럼상 장파장대의 빛샘으로 인한 적변방지를 위하여 I-3 보다 I-5 비중을 높여 장파장대( > 720)에서 빛샘을 제어하였지만, 액정표시모듈(Liquid Crystal Display Module: LCM)상태에서의 블랙(black) 휘도 저하로 인한 CR 상승효과가 없었다.
그러나, 일 실시예에 따라, 상기 편광층(310)에서 I-3 이온의 함량을 높여 단파장대에서의 직교투과율을 효과적으로 감소시킴으로써 단파장대의 빛샘을 제어하면, 블랙 휘도도 저하되고, 이로 인해 콘트라스트비도 상승하는 효과가 있다. 일 실시예에 따른 콘트라스트비 효과의 정도는, 블랙 휘도 저하로 인한 콘트라스트비 5% 이상 상승 효과가 있다. 또한, 단파장대의 빛샘제어 정도가 클수록 콘트라스트비는 10% 이상 효과가 있다. 이에 대해서는 하기의 실시예와 함께 추후에 상세하게 설명한다.
일 실시예에서는 편광판(300)을 제조하는 방법을 제공한다.
도 3을 참조하면, 편광판(300)은, 먼저 폴리비닐알콜 필름을 세정하는 단계; 폴리비닐알콜에서 요오드를 염착시키는 단계; 상기 요오드가 염착된 폴리비닐알콜을 연신하는 단계; 상기 연신된 폴리비닐알콜을 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 폴리비닐알콜층의 상부 및 하부에 TAC층을 배치하는 단계를 포함한다.
폴리비닐알콜에 요오드를 염착하는 단계에서, 상기 요오드는 폴리비닐알콜의 OH에 염착된다. 상기 염착 공정에서는 I2, I-, I-3, I-5가 혼재해 있으며, 염착 공정시에 요오드화 칼륨을 첨가한다. 이때, 요오드화 칼륨은 상기와 같이 I-3 이온을 생성하는 반응을 촉진한다. 따라서, 상기 폴리비닐알콜 내에 I-3 이온이 많이 존재하기 때문에, 단파장대에서의 빛샘제어를 효과적으로 할 수 있으며, 이로 인해 CR을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 요오드화 칼륨 첨가 단계에서, 상기 요오드화 칼륨을 1 중량% 내지 10 중량% 범위로 첨가한다. 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%를 첨가한다. 더 바람직하게는 5.5 중량% 내지 7 중량%를 첨가한다.
일 실시예에 따라, 상기 열처리 단계는 요오드와 수분의 누출을 방지하기 위해 적당한 온도를 가해야 한다. 일 실시예에서, 상기 열처리 단계는 40℃ 내지 100℃의 온도 범위로 한다. 바람직하게는, 80℃ 내지 100℃의 온도 범위로 한다.
일 실시예에 따른 편광판(300)은 상기 염착 단계에서 요오드화 칼륨을 많이 첨가함으로써 I-3 이온의 함량이 높은 편광층(310)을 포함한다. 즉, 일 실시예에 따른 편광판은, 단파장대 광의 직교투과율을 편광층(310)에 첨가하는 요오드화 칼 륨(KI)의 함량에 따라 제어한다.
폴리비닐알콜 내에는 I2, I-, I-3, I-5가 요오드조(iodine bath)에 혼재되어 있다. 상기에서 설명된 바와 같이, 단파장대의 직교투과율을 낮추기 위해서는 I-3 이온이 많이 존재해야 한다. 상기 요오드화 칼륨 많이 존재할수록 I-3 이온도의 함량도 증가한다. 즉 요오드화 칼륨은 I-3 이온은 서로 정비례하는 관계에 있다. 또한, 상기 요오드화 칼륨은 하기의 반응에 관여하여, 상기 I-3 이온의 함량을 증가시킨다.
I2 + KI ↔ I- + I- 반응(1)
I- + I2 ↔ I-3 반응(2)
I-3 + I2 ↔ I-5 반응(3)
상기 반응(1), (2) 및 (3)은 모두 가역 반응이다. 또한 상기 요오드화 칼륨(KI)는 촉매의 역할을 한다. 따라서, 반응(1)에서 요오드화 칼륨은 요오드 분자를 I- 이온의 형성을 촉진한다. 또한, 반응(1)에서 생성된 I- 이온은 반응(2)에서와 같이 요오드 분자와 반응하여 I-3 이온을 생성한다. 또한, 반응(2)에서 생성된 I-3 이온은 요오드 분자와 반응하여 I-5 이온을 생성한다.
보다 상세하게 설명하면, 요오드조 속에는 I2, I-, I-3, I-5가 혼재되어 있다. 따라서, 반응(1), 반응(2) 및 반응(3)이 선택적으로 일어난다. 반응(1), 반응(2) 및 반응(3)은 가역적 반응이기 때문에 정반응과 역반응이 함께 일어난다. 상기 요오드화 칼륨을 첨가하면 I- 이온이 생성이 촉진되고, I- 이온은 반응(2)에 의해 I-3 이온을 생성한다. 그런데, I-3 이온이 요오드 분자와 반응하는 것보다 I- 이온이 요오드 분자와 반응하는 것이 더 쉽기 때문에, 반응(3)가 반응(2)보다 일어나기 어렵다. 따라서, 전체적으로 요오드화 칼륨 촉매에 의해 반응(1)은 잘 일어나고, I- 이온이 I-3 이온에 비해 요오드 분자에 대한 선택도가 크기 때문에 일 실시예에 따른 편광층에는 I-3 이온이 더 풍부하게 존재한다. 따라서, 요오드화 칼륨의 함량을 첨가하면, 편광층에 존재하는 I-3 이온의 함량이 증가한다.
일 실시예에서, 폴리비닐알콜에 요오드화 칼륨의 1 중량% 내지 10 중량%를 첨가한다. 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%를 첨가한다. 더 바람직하게는 5.5 중량% 내지 7 중량%를 첨가한다.
실시예 1
편광자 1이 함유된 편광판을 제조하기 위해 폴리비닐알콜 필름을 준비하였 다. 상기 폴리비닐알콜 필름을 세정하였다. 상기 폴리비닐알콜에 요오드의 0.04 중량% 내지 0.1 중량%를 염착하였다. 이때 요오드화 칼륨은 0.5 중량% 내지 5 중량%로 첨가하였다. 상기 요오드가 염착된 폴리비닐알콜 필름을 롤(Roll)간의 장력(tension)을 이용하여 1.1배 내지 7배의 길이로 연신하였다. 이후에 연신된 폴리비닐알콜을 90℃로 30초 내지 5분 동안 열처리 하였다. TAC층을 수용성 접착제를 이용하여 연신된 폴리비닐알콜 필름 합지하여 제작하였다.
실시예 2
편광자 2가 함유된 편광판을 제조하기 위해 폴리비닐알콜 필름을 준비하였다. 상기 폴리비닐알콜 필름을 세정하였다. 상기 폴리비닐알콜에 요오드의 0.04 중량% 내지 0.1 중량%를 염착하였다. 이때 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 10 중량%로 첨가하였다. 상기 요오드가 염착된 폴리비닐알콜 필름을 롤(Roll)간의 장력(tension)을 이용하여 1.1배 내지 7배의 길이로 연신하였다. 이후에 연신된 폴리비닐알콜을 90℃로 30초 내지 5분 동안 열처리 하였다. 이후 TAC층을 수용성 접착제를 이용하여 연신된 폴리비닐알콜 필름과 합지하여 제작하였다.
도 4은 일 실시예에 따른 편광자 단판에서의 직교투과율이다.
도 4를 참조하면, 편광자 1은 폴리비닐알콜 내에서, 0.04 중량% 내지 0.1 중량%의 요오드 용액 중량에 대비하여, 요오드화 칼륨(KI)의 함량이 0.5 중량% 내지 5 중량%이고, 편광자 2는 요오드화 칼륨의 함량이 5.5 중량% 내지 10 중량%이다. 도 4는, 장파장대에서는 편광자 1과 편광자 2의 직교투과율이 동일한 분포를 나타내고, 투과율에서 거의 차이가 없다는 것을 나타낸다. 그러나, 단파장대에서는 편 광자 1과 편광자 2의 직교투과율에서 갭(gap)이 발생하고, 상기 갭은 편광자 1의 직교투과율에 비해 편광자 2의 직교투과율이 약 1% 미만 정도이다. 따라서, 단파장대에서 편광자 2의 직교투과율은 상당히 감소하였다.
도 5는 단파장대에서 편광자 1 및 편광자 2의 액정표시모듈(LCM) 상태에서의 직교투과율을 확대하여 나타내었다.
도 5를 참조하면, 도 5는 단파장대에서 편광자 1의 직교투과율은 0%(최소값) 내지 0.1%(최대값)를 나타낸다. 그러나, 단파장대에서, 요오드화 칼륨이 편광자 1보다 많이 첨가된 편광자 2의 직교투과율은 편광자 1에 비해 약 10% 정도 낮은 수치를 나타낸다. 또한, 블랙 휘도도 10% 정도 저하됨을 확인하였다. 즉, 요오드화 칼륨의 함량이 증가된 편광자 2에서는 단파장에서의 직교투과율이 감소된다. 따라서, 편광자 2를 사용한 일 실시예에 따른 편광층은 단파장대의 빛샘을 제어하여, CR을 향상시키는 역할을 한다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 편광판을 포함하는 액정표시장치를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 편광층을 포함하는 편광판을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 편광판을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시예에 따른 편광자 단판에서의 직교투과율 및 액정표시모듈(LCM)에서의 투과율 관계를 나타낸 그래프이다.

Claims (8)

  1. 400 nm 내지 530 nm 파장인 광의 직교투과율은 0.01 % 내지 0.1 %인 편광층; 및
    상기 편광층 상부 및 하부에 배치되는 TAC층을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층에서 400 nm 내지 530 nm 파장인 광의 직교투과율은 요오드화 칼륨의 함량으로 달성되는 것을 특징으로 하는 편광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 편광층은 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 7 중량% 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광층은 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol)을 포함하는 편광판.
  5. 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 7 중량% 범위로 함유하는 편광층 그리고 상기 편광층 상부 및 하부에 배치되는 TAC층을 포함하는 서로 마주보는 제 1 및 제 2 편광판; 및
    상기 제 1 및 제 2 편광판 사이에 배치되는 액정표시패널 포함하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광층은 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol)을 포함하는 액정표시장치.
  7. 폴리비닐알콜에 요오드를 염착하는 단계;
    상기 폴리비닐알콜에 요오드화 칼륨을 5.5 중량% 내지 7 중량% 범위로 첨가하는 단계;
    상기 요오드가 염착되고, 상기 요오드화 칼륨이 첨가된 상기 폴리비닐알콜을 열처리하여 편광층을 형성하는 단계; 및
    상기 편광층 상부 및 하부에 TAC층을 배치하는 단계를 포함하는 편광판 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리는 80℃ 내지 100℃ 범위에서 하는 편광판 제조방법.
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